极管及基本电路1

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1、3半导体二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.3半导体二极管3.4二极管基本电路及其分析方法3.5特殊二极管(自学)3.2PN结的形成及特性3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.2半导体的共价键结构3.1.3本征半导体3.1.4杂质半导体半导体:导电特性介于导体和绝缘体之间典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。导电的重要特点1、其能力容易受环境因素影响（温度、光照等）2、掺杂可以显著提高导电能力23.1.2半导体的共价键结构原子结构简化模型—完全纯净、结构完整的半导体晶体。3.1.3本征半导体在T=0K和无外

2、界激发时，没有载流子，不导电两个价电子的共价键正离子核33.1.3本征半导体、空穴及其导电作用温度光照自由电子空穴本征激发空穴——共价键中的空位空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。由热激发或光照而产生自由电子和空穴对。温度载流子浓度＋4空穴的移动—空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑53.1.4杂质半导体N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）自由电子＝多子空穴＝少子

3、空穴＝多子自由电子＝少子由热激发形成它主要由杂质原子提供空间电荷6掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm33以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3杂质对半导体导电性的影响783.2PN结的形成及特性3.2.1PN结的形成3.2.2PN结的单向导电性*3.2.3PN结的反向击穿3.2.4PN结的电容效应93.2.1PN结的形成1.浓度差

4、多子的扩散运动2.扩散空间电荷区内电场3.内电场少子的漂移运动阻止多子的扩散4、扩散与漂移达到动态平衡载流子的运动：扩散运动——浓度差产生的载流子移动漂移运动——在电场作用下，载流子的移动P区N区扩散：空穴电子漂移：电子空穴形成过程可分成4步(动画)内电场10PN结形成的物理过程：因浓度差空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动杂质离子形成空间电荷区对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也

5、称耗尽层。扩散>漂移否是宽113.2.2PN结的单向导电性只有在外加电压时才…扩散与漂移的动态平衡将…定义：加正向电压，简称正偏加反向电压，简称反偏扩散>漂移大的正向扩散电流（多子）低电阻正向导通漂移>扩散很小的反向漂移电流（少子）高电阻反向截止123.2.2PN结的单向导电性PN结特性描述2、PN结方程PN结的伏安特性陡峭电阻小正向导通1、PN结的伏安特性特性平坦反向截止一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的非线性其中IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）近似估算正向：反向：133.2.

6、3PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿电击穿——可逆143.2.4PN结的电容效应(1)势垒电容CB势垒电容示意图扩散电容示意图(2)扩散电容CD153.3半导体二极管3.3.1半导体二极管的结构3.3.2二极管的伏安特性3.3.3二极管的参数PN结加上引线和封装二极管按结构分类点接触型面接触型平面型16半导体二极管图片点接触型面接触型平面型173.3.2二极管的伏安特性3.PN结方程（近似）硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的

7、V-I特性正向特性反向特性反向击穿特性Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（锗）注意1.死区电压（门坎电压）2.反向饱和电流硅：0.1A；锗：10A183.3.3二极管的参数(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM(3)反向电流IR(4)正向压降VF(5)极间电容CB硅二极管2CP10的V-I特性193.4二极管基本电路及其分析方法3.4.1二极管V-I特性的建模3.4.2应用举例5、应用电路分析举例2、二极管状态判断1、二极管电路的分析概述3、图解分析法4、等效电路（模型）分析法讲课思路：201、二极管

8、电路的分析概述应用电路举例例2.4.2（习题2.4.12）习题2.4.5整流限幅习题2.4.6初步分析——依据二极管的单向导电性D导通：vO=vI-vDD截止：vO=0D导通：v